Актуальность* работы. Одной из важных задач литейного производства является увеличение срока эксплуатации раздаточных и разливочных ковшей и печей. Её решение в большей мере определяется качеством применяемых огнеупорных материалов (огнеупорность, прочность, термостойкость, устойчивость действию шлака и др.), и также зависит от соблюдения технологий приготовления и нанесения огнеупорных материалов, что в совокупности влияет на себестоимость отливок.
В литейном производстве для транспортировки и литья стальных и чугунных отливок используются раздаточные и разливочные ковши с футеровкой шамотными кирпичами типа ША-5. Согласно технологии, кирпичи в ковше связаны огнеупорным раствором преимущественно на основе диоксида кремния (наполнитель) и огнеупорной глины с водой (связующий компонент). Многолетний опыт приготовления ковшей свидетельствует о том, что кладка кирпичей, огнеупорное покрытие и соединяющие их растворы претерпевают существенные изменения технологических и геометрических свойств ещё в процессе сушки и спекания их компонентов. Иными словами, еще до первой заливки расплава. В результате комплекс «сушка, спекание, синтез» не достигает необходимых требований по целому ряду ключевых свойств, что приводит к уменьшению полезного объёма ковшей за счет формирования и нарастания шлака, выгорания и разрушения, швов между кирпичами и др. В результате стойкость футеровки ковшей составляет 1−7 дней.
В связи с этим актуальными представляются задачи и предложения по замене дорогих и дефицитных огнеупорных материалов на дешёвые промышленные отходы (отработанный катализатор ИМ-2201от, бой шамотного кирпича ША-5от), а также разработка и применение новых экологически безопасных технологических решений и способов получения прецизионных свойств огнеупорных материалов (включая ультрадисперсный уровень).
Цель, работы — разработка составов огнеупорных покрытий и кладочных растворов на основе промышленных отходов, продлевающих межремонтный цикл литейных ковшей, обладающих повышенной прочностью, термостойкостью и химической стойкостью, по сравнению с традиционными растворами на основе кварцевого песка.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Изучение процесса спекания предлагаемых огнеупорных растворов, как центрального звена в формировании футеровки высокотемпературного оборудования.
2. Определение физико-химических свойств промышленных отходов ИМ-2201от и ША-5от для объяснения причин повышения прочности, термостойкости, химической стойкости и других свойств предлагаемых огнеупорных композиций на основе данных отходов.
3. Установление эффективности применения, в огнеупорных растворах ультрадисперсных частиц огнеупорных глин, полученных разными способами в механических мельницах.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования является футеровка высокотемпературного оборудования: кладочные растворы и огнеупорные покрытия раздаточных и разливочных ковшей литейных цехов. Предметом исследования являются свойства огнеупорных материалов, процесс их спекания и стойкость футеровочных масс.
Научная новизна.
1. Вскрыт механизм поэтапного спекания предложенных огнеупорных футеровочных растворов при термоциклировании, заключающийся в образовании тугоплавкой муллитовой конструкции в первом цикле процесса из непрерывной жидкой фазы легкоплавких включенийи превращение её в композитную конструкцию из муллита, корунда и окиси хрома при более высоких температурах на последующих циклах. Поэтапное спекание сопровождается последовательным уменьшением усадки в каждом цикле и связано с последовательным? удалением примесей и релаксацией дефектов структуры.
2. Экспериментально установленфракционный характер распределенияразмеров? частицкомпонентов, входящих в состав промышленного отхода ИМ-2201, содержащего 4 ярко выраженные фракции со средним размером частиц 18 мкм (А120з), 6 мкм (Сг2Оз), 3-мкм-(8Ю2) иг1,4 мкм (ДО, ЯгО), причём количество фракций, их твёрдость и огнеупорность возрастают с увеличением размеров частиц, что объясняет поэтапный механизм^ спекания футеровочных растворов на основе промышленных отходов.
3- Экспериментально установлено, что применение огнеупорных глин с ультрадисперсными частицами-.. полученными в результате механохимической активации в составах огнеупорных растворах, способствует уплотнению структуры и увеличению^ физико-химических свойств.
Практическая и экономическая: значимость.;
1. Установлены причины поэтапного спекания многокомпонентных огнеупорных систем, на основании которых можно компоновать составы футеровочных растворов и моделировать режим их спекания.
2. Дополнены и экспериментально обоснованы способы подготовки огнеупорного сырья (огнеупорных и формовочных глин) на заключительном этапе перед смесеприготовительными устройствами, что позволяет получать, повышенную прочность огнеупорных растворов и песчано-глинистых смесей в сыром состоянии, применяемых при производстве стальных и чугунных отливок.
3- Предложена, новая классификация огнеупорных глищ основанная на признаке активности частиц в ультрадисперсном диапазоне размеров, образующихся в процессе их дезинтеграции в механических измельчительных аппаратах. Установлена возможность получения формовочных и футеровочных материалов с повышенными ключевыми свойствами (в частности, с повышенной прочностью и термостойкостью).
4. Внедрение основных результатов работы в производство обеспечило 3-х кратное повышение срока службы раздаточных и разливочных ковшей ГЛЦЧ № 2 AMO «ЗИП». Экономический" эффект достигнут за счёт увеличения межремонтных периодов.
5. Получен патент на основании заявки «огнеупорный кладочный раствор» № 2 009 147 344 от 22.12.2009 г.
Апробация работы.
Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались в программе работы: Совместной международной научно-практической конференции ЮНЕСКО, МИЭМП и ГОУ МГИУ «Молодые учёныепромышленности, науке и профессиональному образованию: проблемы и новые решения" — Международной научно-практической конференции «Инженерные системы», РУДН в 2009 и 2010 гг.- Научно-технических семинарах ГОУ МГИУ и НТЦ «Бакор».
В 2009;2010гг. материалы работы занимали 3-е и 2-е места на конкурсе научных работ студентов и аспирантов ГОУ МГИУ. В 2009 году на выставке научно — технического творчества молодёжи НТТМ-ЭКСПО материалы работы отмечены дипломом.
Публикации.
Основное содержание диссертации изложено в 8 работах. Из них 4 работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК.
Выводы:
Начальник тех. части.
ГЛЦКЧ 2 АМО ЗШ1.
Начальник плавильного участка ГЛЦКЧ № 2 АМО ЗИЛ.
Ответственный исполнитель профессор кафедры 14 ГОУ.
Исполнитель аспирант кафедры 14 ГОУМГИУ.
Матвеенко И. В.
Сокорев А. А.
Губарев А. В. g3lrega8g|g" открытое акционерное московское общество.
ЗАВОД имени И. А .ЛИХАЧЕВА" (AMO ЗИЛ).
Автозаводская ул., 23, Москва, 115 280 Телефон- (495) 6*7−95−00.
